城市軌道交通運營風險主動防控平臺設計與實現(xiàn)

王艷輝，蘇宏明，李 曼，賈利民，李宇杰，楚柏青

（1.北京交通大學 軌道交通控制與安全國家重點實驗室，北京 100044；2.北京交通大學 交通運輸學院，北京 100044；3.中交星宇科技有限公司 科技研發(fā)中心，北京 100088；4.北京市地鐵運營有限公司 技術(shù)部，北京 100088）

隨著城市軌道交通運營規(guī)模的不斷擴大，安全風險問題日益突顯。城市軌道交通運營環(huán)境密閉性強，設施、設備的人員布設密度高，一旦發(fā)生局部故障或突發(fā)事件，很可能影響整個運營系統(tǒng)，處置不當將會造成重大的人身財產(chǎn)損失［1］。因此國家層面對城軌運營安全提出非常高的要求，相繼印發(fā)《風險分級管控和隱患排查治理》［2］《城市軌道交通運營期間安全技術(shù)規(guī)范》［3］等政策文件，著重提倡風險的主動防控治理，堅持超前防范、關口前移，從而最大限度地避免運營安全事故的發(fā)生。

近些年，在城軌行業(yè)逐步興起的風險防控信息化平臺是一種以規(guī)范、高效、科學的風險管控理念為基礎，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對業(yè)務流程進行優(yōu)化的管理新方法，能夠及時發(fā)現(xiàn)并治理運營中存在的風險?，F(xiàn)階段，如何運用信息化平臺實現(xiàn)運營安全保障，是國內(nèi)各家城軌運營公司普遍重點關注的問題之一［4］。廈門地鐵針對供電系統(tǒng)引進安全管理平臺，保障了供電運行和檢修的工作效率［5］。哈爾濱地鐵提出，利用高集成手段建設智能監(jiān)控、報警防災、智能電力系統(tǒng)全面融合的信息化平臺，全面提升地鐵運營預警預報功能，實現(xiàn)高效聯(lián)動與快速反應［6］。福州地鐵針對地鐵施工過程，設計開發(fā)了基于B/S 模式的城市軌道交通安全管控信息平臺，實現(xiàn)了風險巡查、風險響應等施工操作的信息化管理［7］。烏魯木齊地鐵針對人員安全和治安防護設計地鐵安防集成平臺，實現(xiàn)了地鐵全線安防子系統(tǒng)的綜合管理［8］。南京地鐵設計了安全管理一體化信息系統(tǒng)，實現(xiàn)了不同部門之間的信息化統(tǒng)籌管理為管理者提供了及時的決策輔助［9］。

現(xiàn)行的信息平臺在城軌運營安全保障中發(fā)揮了極大作用，但仍然存在一定優(yōu)化空間，主要體現(xiàn)為：以各部門下獨自運行的信息平臺為主，缺乏全局級別的城軌運營風險信息一體化平臺，信息難以集成和共享，易造成信息孤島現(xiàn)象；以應用于施工過程的安全管理平臺為主，缺乏針對運營過程的風險管理信息系統(tǒng)，且系統(tǒng)不能實現(xiàn)自由配置，靈活性差；以基于被動安全的運營安全平臺為主，多僅針對發(fā)生的故障進行安全信息統(tǒng)計分析，易造成“小故障、大影響”現(xiàn)象，缺乏主動開展風險防控，防患于未然。

從超前防范故障和事故的角度出發(fā)，本文將風險主動防控的核心理念歸納為風險辨識、風險分析、風險治理和風險監(jiān)督反饋4 個環(huán)節(jié)構(gòu)成的閉環(huán)管理過程，并分別確立各環(huán)節(jié)的具體操作流程；在此基礎上設計風險主動防控平臺，明確平臺的邏輯架構(gòu)、功能架構(gòu)、業(yè)務流程和數(shù)據(jù)關系；最后將平臺應用于實踐，采取端-邊-云一體化和微服務系統(tǒng)架構(gòu)進行開發(fā)，基于北京城市軌道交通路網(wǎng)數(shù)據(jù)進行部署應用，證實平臺的應用效果。

1 風險主動防控理念

風險是發(fā)生不幸事件的概率，是一種不良后果的可能性與嚴重程度的組合［10］。風險管理是安全管理的高級階段，是將風險造成的影響降到最低的管理過程。作為風險管理的最終目的，風險主動防控通過事前主動性的管理和預防，提前辨識并判斷風險的狀態(tài)，進而治理風險關鍵節(jié)點并阻斷其可能傳播路徑，從源頭處防范風險。

如圖1 所示，風險主動防控的核心理念可歸納為風險辨識、風險分析、風險治理和風險監(jiān)督反饋4個環(huán)節(jié)構(gòu)成的閉環(huán)管理過程，4個環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣、相互依托，共同完成風險主動防控工作，并經(jīng)過不斷反饋學習，提高整體的風險主動防控能力。事實上，將風險主動防控閉環(huán)管理理念引入城軌運營安全管理信息平臺，建立規(guī)范的業(yè)務管理流程，已被認為是實現(xiàn)運營零事故最好的方法。

圖1 風險主動防控閉環(huán)管控理念

1.1 風險辨識

城軌組分節(jié)點是指參與運營過程中的各個組成成分，為了便于統(tǒng)計分析，對城軌組分節(jié)點按照“人”“機”“環(huán)”“管”合理抽象并歸類。其中：“人”類組分節(jié)點指的是參與城市軌道交通系統(tǒng)運營的所有人員，人的不安全行為是造成城軌運營事故的重要原因；“機”類組分節(jié)點是城軌運營系統(tǒng)內(nèi)部的組分節(jié)點，主要包括參與運營過程的所有設備設施；“環(huán)”類組分節(jié)點是城軌運營系統(tǒng)外部的組分節(jié)點，主要包括會對運營過程產(chǎn)生影響的所有因素；“管”類組分節(jié)點是指城軌運營過程中影響城軌正常運行的規(guī)章制度、政策法規(guī)和調(diào)度管理等。

風險辨識是風險主動防控閉環(huán)管理的第一步。城軌運營中的風險辨識可表現(xiàn)為按照一定方法直觀地發(fā)現(xiàn)那些可能產(chǎn)生和傳播風險、且具有較大風險因素的組分節(jié)點辨識為風險點，并將其列為重點監(jiān)測對象。風險點的辨識示意圖如圖2 所示。圖中：下層結(jié)構(gòu)表示城軌運營組成成分節(jié)點；上層結(jié)構(gòu)表示從組分節(jié)點中辨識出的風險點。并不是所有的組分節(jié)點都可能產(chǎn)生和傳播風險，故風險點數(shù)量必然少于組分節(jié)點數(shù)量。

圖2 風險點辨識示意圖

為了更全面地辨識風險點，需要從風險管理角度對城軌公司工作人員的安全排查工作（如工作人員對設施設備的每日巡檢等）進行完善，在充分調(diào)研城軌運營公司日常設施設備排查記錄、歷史事故等數(shù)據(jù)的基礎上，主觀和客觀相結(jié)合地進行風險點辨識。以如下3類組分節(jié)點作為重點考察對象，并將其辨識為需要日常重點監(jiān)測的風險點。

1）曾造成過事故的組分節(jié)點

梳理歷史事故報告，為避免類似事故/事件再次發(fā)生，將報告中出現(xiàn)過的組分節(jié)點判斷為風險點，即

式中：m為統(tǒng)計得到的事故記錄總數(shù)；si為0-1 變量，當遍歷的第i個事故記錄中存在當前正在辨識的組分節(jié)點pk（k為組分節(jié)點編號，k=1,2,…,n，其中n為辨識過程中所統(tǒng)計的組分節(jié)點總數(shù)）時取值為1，反之取值為0。

2）故障次數(shù)較高的組分節(jié)點

梳理歷史維修記錄，識別在維修過程中故障次數(shù)較高的組分節(jié)點，將記錄中大于統(tǒng)計故障次數(shù)平均值的組分節(jié)點判斷為風險點，即

3）關聯(lián)度較高的組分節(jié)點

重點關注運營過程中與其他組分關聯(lián)度較高、極易造成/受到影響導致狀態(tài)改變的組分節(jié)點，根據(jù)在實際運營過程中對周圍組分造成/受到影響的次數(shù)，將造成/受到影響次數(shù)大于平均的節(jié)點判斷為風險點，即

1.2 風險分析

可認為，風險點處于異常狀態(tài)時，能量的意外釋放及相互傳播影響會造成事故的發(fā)生。因此風險點擁有穩(wěn)定及不穩(wěn)定2 種狀態(tài)?；谀芰恳馔忉尫诺娘L險點狀態(tài)轉(zhuǎn)移機制如圖3所示，當施加能量超過風險點可承受閾值/受到超過其承受閾值的其他風險點的能量傳遞時，則認為此時風險點的安全屏障失效，能量將失去控制，導致風險點轉(zhuǎn)化為不穩(wěn)定狀態(tài)［11］。

圖3 風險點狀態(tài)轉(zhuǎn)移機制

針對風險點狀態(tài)改變閾值，認為風險點狀態(tài)值越大其內(nèi)部能量越混亂，越容易向其他風險點傳播風險，由此提出風險點狀態(tài)值計算方法，不穩(wěn)定狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)可分別按照式（4）和式（5）計算。

風險點之間存在著相互作用關系，當風險點處于不穩(wěn)定狀態(tài)時，即觸發(fā)風險點狀態(tài)轉(zhuǎn)移機制，從而須對與其關聯(lián)的風險點狀態(tài)進行再次評估。抽象得到風險傳播模型如圖4所示。

圖4 風險傳播模型

根據(jù)圖4 揭示的源風險點傳播內(nèi)在影響機理，當需要再次評估風險狀態(tài)時，可結(jié)合傳播過程中影響的范圍和觸發(fā)的風險點重要度不同，重新評估風險狀態(tài)的級別。

1.3 風險治理

風險分析結(jié)果不僅可用于了解風險傳播路徑，還能指導風險治理。風險治理包括根因風險治理和可控風險治理，前者指對源風險點進行維修、更替等，后者指對傳播路徑或預測出傳播路徑上功能重要的關鍵節(jié)點進行治理。

先根據(jù)風險點的傳播范圍對城軌運營系統(tǒng)全局風險進行分級，再按照對應等級制定相應的治理調(diào)控策略，指導源頭處和傳播路徑處開展針對性風險治理，從而有效避免重大事故的發(fā)生。整理得到風險分析結(jié)果對應治理策略見表1。

表1 風險分析結(jié)果對應治理策略

1.4 風險監(jiān)督反饋

在城軌運營公司中，一般由安全管理部門實時監(jiān)督整個風險主動防控工作，查看相關員工具體負責的風險點狀態(tài)和風險巡檢、處置的執(zhí)行情況、總體完成率等。由此，建立風險監(jiān)督反饋機制如圖5所示?；趯v史事故和未遂事件的學習反饋，建立得到風險管控檔案；風險點數(shù)據(jù)庫根據(jù)管控檔案及時更新，并將風險點位置、負責人等基礎信息及時反饋于管控檔案；風險點治理策略根據(jù)風險點數(shù)據(jù)庫識別得到的關鍵風險點信息及時更新，并將風險點歷史治理維護信息反饋于數(shù)據(jù)庫；管控檔案、風險點數(shù)據(jù)庫、風險點治理策略三者形成閉環(huán)管理，能夠有效避免重大事故的發(fā)生；另外，還可根據(jù)實際不斷對業(yè)務流程進行重組，修訂公司風險點管控策略，摒棄冗余的流程，優(yōu)化得到最直接有效的操作流程。

圖5 風險監(jiān)督反饋機制示意圖

2 風險主動防控平臺設計

1）平臺邏輯架構(gòu)

設計風險主動防控平臺時，為實現(xiàn)全部組分和業(yè)務流程的自由配置，采用“1+1+1”模式，將整體平臺劃分為“基礎平臺+風險防控平臺+大數(shù)據(jù)中心”，構(gòu)建得到的平臺邏輯架構(gòu)如圖6 所示。平臺采取分層模式，從下到上依次是基礎層、應用層、模型層和展示層，共4層；基礎平臺對應邏輯架構(gòu)基礎層，可實現(xiàn)不同運營公司基礎信息的自由靈活配置，增強了平臺的可移植性；應用層、模型層和展示層共同組成風險防控平臺，可實現(xiàn)城軌風險主動防控的各項功能和圖形界面展示；城軌大數(shù)據(jù)中心則負責接入管理平臺運算所需的各種數(shù)據(jù)。

圖6 “1+1+1”模式風險主動防控平臺邏輯架構(gòu)

對平臺邏輯架構(gòu)中的各層詳細說明如下。

（1）基礎層針對我國不同城軌運營公司的不同組織架構(gòu)、部門職能、崗位信息、員工配置、線路站點和設施設備等，采取完全自由配置的模式，可以實現(xiàn)平臺在不同公司下的靈活通用。

（2）應用層主要包括對風險點、風險傳播、風險預案、業(yè)務流程和歷史事故的管理。其中：風險點由基礎層的組分配置管理按照一定的規(guī)則模型辨識提取而來；應用層最核心的功能是對風險傳播分析的管理和基于經(jīng)驗的風險預案的觸發(fā)，執(zhí)行對應的業(yè)務流程，并通過下發(fā)工單將風險處置責任落實到個人；總結(jié)分析歷史事故，進而補充完善風險點，實現(xiàn)風險主動防控的閉環(huán)管理。

（3）模型層提供包括風險點識別模型、風險傳播模型、系統(tǒng)綜合評估模型和事故反演模型，為應用層提供模型和算法的支撐。

（4）展示層提供圖形化展示，包括：基礎層形成的組分間的拓撲網(wǎng)絡、應用層的風險傳播預測路線、業(yè)務處置的流程圖、個人工單的執(zhí)行首頁、系統(tǒng)全局風險狀態(tài)和處置結(jié)果分析等。

主動防控平臺是多部門、多業(yè)務、多應用的模式，為了更好地融合、集成和應用多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，構(gòu)建元數(shù)據(jù)標準體系，形成管理接口和數(shù)據(jù)互操作技術(shù)體系，完成對數(shù)據(jù)的接入、解析、清洗轉(zhuǎn)化、存儲及數(shù)據(jù)安全分區(qū)管理。通過大數(shù)據(jù)中心，平臺實現(xiàn)對各個監(jiān)測點（包括供電系統(tǒng)、工務、機電系統(tǒng)、車輛、線路、橋梁、隧道、行車調(diào)度、通信信號和運營環(huán)境等）的全部安全數(shù)據(jù)接入，實現(xiàn)了整個風險主動防控平臺的數(shù)據(jù)保障。

2）平臺功能架構(gòu)

為使平臺閉環(huán)管理整個風險防控業(yè)務，滿足運營公司風險管理和工作人員不同功能需求，平臺設計采取開放式、模塊式、集成化的思路，得到10個功能模塊如圖7 所示。其中：為了實現(xiàn)平臺的自由靈活性，將基礎平臺設計為4個功能模塊，實現(xiàn)具體的線路、站點、車輛、設施設備、機構(gòu)和人員等配置；風險防控平臺則通過配置合理的業(yè)務流程，實現(xiàn)風險辨識、傳播分析、治理和事故統(tǒng)計一系列功能的集成。

圖7 城軌運營風險主動防控平臺功能架構(gòu)

3）平臺業(yè)務流程

既往許多城軌運營事故都是由于管理上的疏忽或者員工的不規(guī)范操作造成的，面對這一情況，如今多數(shù)企業(yè)采取了加強人員安全管理的培訓或罰款等措施，這顯然是不合理的［12］。只有建立標準的業(yè)務流程，將安全管理連接到每一個具體組分和每一個負責的工作人員，組織所有的員工全程參與風險主動防控管理，創(chuàng)造一個規(guī)范化、信息化的風險管理環(huán)境和團隊，這樣才能將事故的發(fā)生的概率降為最低［13］?；谶@一思路，重新描述運營風險主動防控的業(yè)務流程，將用戶分為安全管理部門和現(xiàn)場執(zhí)行部門2 個用戶群，其中前者只需要對管控過程進行任務下達和監(jiān)督，后者只需要進行任務執(zhí)行和上報，通過兩者分工協(xié)作，完成整個風險辨識、風險分析、風險治理和風險監(jiān)督反饋業(yè)務流程。平臺詳細平臺業(yè)務流程如圖8所示。圖中：實線和虛線分別表示平臺的正向業(yè)務流程和負向業(yè)務反饋。圖8 體現(xiàn)了不同功能下對應用戶需要執(zhí)行的操作（其中管控平臺指系統(tǒng)自行操作）。這一業(yè)務流程設計旨在將基礎理論落實到公司風險管控實際中，最終實現(xiàn)流程的標準化，并為平臺的設計提供技術(shù)支撐。

圖8 風險主動防控業(yè)務流程圖

4）平臺數(shù)據(jù)關系

平臺數(shù)據(jù)關系如圖9 所示，展示了平臺業(yè)務功能間數(shù)據(jù)的傳遞關系。數(shù)據(jù)中心定時輸入2 類數(shù)據(jù)，分別為故障日志和節(jié)點狀態(tài)，再分別將這2 類數(shù)據(jù)保存到故障記錄表和節(jié)點狀態(tài)表中；狀態(tài)監(jiān)測功能可以從節(jié)點狀態(tài)表中獲取數(shù)據(jù)，用以構(gòu)建風險傳播鏈，將預測的結(jié)果保存到風險分級表中，并將異常狀態(tài)和處置策略展示給管控人員；故障記錄分析功能從記錄表里獲取故障記錄進行分析，得到分析結(jié)果并將其進行歸檔，以便反饋學習，不斷更新風險點，最終實現(xiàn)風險主動防控過程中數(shù)據(jù)流通的閉環(huán)。

圖9 平臺數(shù)據(jù)關系設計

3 風險主動防控平臺應用實現(xiàn)

3.1 平臺開發(fā)環(huán)境

考慮采取端-邊-云一體化進行平臺部署，架構(gòu)如圖10 所示。其中：“端”指智能終端，即主動防控平臺業(yè)務的客戶端和手持端；“邊”指將計算擴展到靠近客戶端、設備端的地方，盡量避免網(wǎng)絡延時等問題［14］，由車站/車輛段和線路現(xiàn)場人員或傳感器上傳風險數(shù)據(jù)，員工通過平臺手持端或客戶端接收指令；“云”指云計算，通過云終端進行數(shù)據(jù)的處理。

圖10 端--邊--云協(xié)同架構(gòu)

平臺采用便于開發(fā)維護、易于水平擴展、整體可用性強［15］的微服務架構(gòu)進行設計。平臺部署需要的3 個服務器分別為：應用服務器，負責運行平臺的應用邏輯部分，完成平臺的接入處理，進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等工作；網(wǎng)絡服務器，對必要的功能提供瀏覽器/服務器模式（B/S）的訪問；數(shù)據(jù)服務器，運行平臺需要的數(shù)據(jù)庫程序。

3.2 當前應用情況

平臺以北京市城市軌道交通路網(wǎng)為應用背景，已經(jīng)在地鐵大廈3層調(diào)度指揮中心進行了成功部署，接入太平湖數(shù)據(jù)中心，完成了整體的調(diào)試與功能測試。平臺主界面如圖11所示。用戶可以通過主界面察覺整個路網(wǎng)的風險辨識、分析和治理情況，及時對各個子公司和部門出現(xiàn)的風險情況進行監(jiān)督反饋管理，從而實現(xiàn)風險的閉環(huán)管理與主動防控。

圖11 主動防控平臺主界面

從應用范圍來看，平臺在北京地鐵運營一公司的15條線路和300余座車站試運行后，大大簡化了管理者和工作人員風險管控操作的流程，解決了城軌運營風險數(shù)據(jù)量大、機理復雜且實時性強等問題，且具有較高的安全性和穩(wěn)定性，便于管理和維護。

從數(shù)據(jù)處理情況來看，平臺已經(jīng)辨識并錄入的“人”“機”“環(huán)”“管”各類風險點共591 個，推演得到風險路徑58 條，有效提供風險處置預案268例，大大降低了因人為、技術(shù)和設備原因?qū)е碌陌踩鹿蕽撛诎l(fā)生率。

4 結(jié)語

本文剖析了風險主動防控的理念，形成以風險辨識、風險分析、風險治理和風險監(jiān)督反饋為閉環(huán)的風險防控4 個階段，設計并研發(fā)了以機構(gòu)管理、組分管理、路網(wǎng)配置、風險點管理、業(yè)務流程管理、風險傳播管理、事故管理、風險評價和風險處置等功能為一體的風險主動防控平臺，完成了城軌運營風險主動防控閉環(huán)管理的信息化和智能化，為日常風險管控和決策提供支持。同時，針對國內(nèi)城市軌道交通運營單位的安全管理工作基本處于各自為營的狀態(tài)，重復、低水平的投入現(xiàn)象較為普遍的問題，平臺建立了標準的業(yè)務流程和數(shù)據(jù)關系，讓風險預控的責任精確到每個崗位的每一個工作流程，同時讓每一個風險點都做到“標準清晰、責任清晰”。通過將傳統(tǒng)的巡檢工單、人工監(jiān)察的安全作業(yè)方式與現(xiàn)代信息技術(shù)結(jié)合，讓安全預控管理更規(guī)范、更智能。經(jīng)過部署測試，平臺具備較好的靈活性和安全性，預留的許多接口，還可支持未來更多業(yè)務的融合擴展，具有一定的應用價值和前景。